我校龙晓静、李道浩教授发表电催化领域最新成果

新闻网讯 近日，我校国家重点实验室研究团队在共价有机框架多孔电催化材料跨尺度调控方向取得重要进展。相关成果以“Unilateral Functionalization of Covalent Organic Frameworks: Local Electronic Modulation and Morphology-Enabled Mass Transport for Electrocatalytic Hydrogen Peroxide Production”为题发表于国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society（doi.org/10.1021/jacs.6c17269）。我校为第一完成单位与通讯单位，龙晓静教授与李道浩教授为共同通讯作者，席雪晴同学、王超副教授和邢雅丽同学为共同第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目资助。

共价有机框架（COFs）凭借分子层面可精准裁剪的骨架结构，是研究晶态多孔电催化构效关系十分理想的模型材料。但现有修饰手段大多只聚焦于骨架电子能级的整体改造，电子本征活性调控和宏观物质输运优化两者往往很难同时兼顾。想要调变电子结构，经常会破坏材料的自组装行为，进而恶化传质。而侧重形貌孔道设计时，又很难定点修饰分子活性位点。

针对这一固有矛盾，青岛大学龙晓静和李道浩教授发展出单侧不对称功能化的修饰思路。研究在COF骨架上引入一组电子效应梯度变化的单侧取代基团，依靠分子对称性破缺诱导骨架内部电荷重新分布，在分子层面构建局域缺电子活性位点。与此同时，取代基团自带的极性与空间位阻，直接改变COF分子间相互作用，驱动材料自组装演变为高度互通的蛛网状纤维网络。

该策略做到了分子电子调控、宏观形貌演化在同一合成步骤内同步完成，不需要分步改性。团队借助理论计算结合原位谱学表征，完整追踪从官能团引入、分子电荷重排、微观形貌演化，最终到电催化响应的完整链条，阐明了多尺度下的构效逻辑。该修饰思路并不局限于本研究的模型反应，骨架所构建的极性微环境与贯通传质网络，也为CO₂电还原、电化学污染物转化等其他多孔电催化体系提供可借鉴的设计思路。